الدالة النقية (Pure Function)

ما هي الدالة النقية؟

الدالة النقية هي دالة تحقق الشروط التالية:

• القيم المُرجعة تعتمد فقط على مُدخلاتها: هذا يعني أنه بالنسبة لنفس مجموعة المُدخلات، ستُرجع الدالة دائمًا نفس القيمة. لا تعتمد الدالة على أي حالة خارجية أو متغيرات خارج نطاقها (غير محلية) لتحديد القيمة المُرجعة.
• ليس لها آثار جانبية: لا تقوم الدالة بتعديل أي شيء خارج نطاقها. هذا يشمل عدم تعديل أي متغيرات عالمية، وعدم إجراء عمليات إدخال/إخراج (مثل الطباعة على الشاشة أو القراءة من ملف)، وعدم تغيير حالة أي كائنات يتم تمريرها كمدخلات.

ببساطة، الدالة النقية هي مثل الصندوق الأسود: تأخذ مُدخلات، وتُنتج مُخرجات، ولا تفعل أي شيء آخر. هذا السلوك المتوقع يجعل الدوال النقية سهلة الفهم والتتبع والاختبار.

خصائص الدوال النقية بالتفصيل

لفهم الدوال النقية بشكل أفضل، دعونا نتعمق في خصائصها الرئيسية:

1. الاعتماد على المُدخلات فقط

هذه هي الخاصية الأكثر أهمية. إذا كانت لديك دالة تأخذ عددين وتُرجع مجموعهما، فيجب أن يكون الإخراج دائمًا هو نفسه لنفس المُدخلات. على سبيل المثال، دالة مثل add(2, 3) يجب أن تُرجع دائمًا 5. لا يجب أن تعتمد الدالة على أي شيء آخر غير المُدخلات لتحديد القيمة المُرجعة. هذا يعني عدم وجود أي متغيرات خارجية أو بيانات من خارج الدالة تؤثر على النتيجة.

أمثلة على دوال غير نقية:

• دالة تعتمد على متغير عالمي:

let globalVariable = 10;

function addWithGlobal(x) {
  return x + globalVariable; // تعتمد على globalVariable
}

• دالة تقرأ من الإدخال أو تكتب إلى الإخراج:

function readInput() {
  let input = prompt("أدخل رقمًا:");
  return parseInt(input); // تعتمد على الإدخال من المستخدم
}

2. انعدام الآثار الجانبية

تُعدّ الآثار الجانبية من أكبر المشاكل التي يمكن أن تسببها الدوال غير النقية. الآثار الجانبية هي أي تغييرات تحدث خارج نطاق الدالة. هذا يشمل:

• تعديل المتغيرات العالمية.
• تعديل كائنات تم تمريرها كمدخلات (مثل تغيير خصائص كائن).
• تنفيذ عمليات إدخال/إخراج (مثل الكتابة إلى وحدة التحكم أو قراءة من ملف).
• إطلاق استثناءات (exceptions) يمكن أن تؤثر على حالة البرنامج.

الدالة النقية، على النقيض، لا تفعل أيًا من هذه الأشياء. فهي تتعامل فقط مع مُدخلاتها وتُرجع قيمة جديدة. هذا يجعل من السهل فهم ما تفعله الدالة، ويسهل أيضًا اختبارها. إذا كنت تريد التأكد من أن الدالة تعمل بشكل صحيح، فكل ما عليك فعله هو تمرير مجموعة من المُدخلات والتحقق من أن المُخرجات صحيحة.

أمثلة على آثار جانبية:

• تعديل متغير عالمي:

let counter = 0;

function increment() {
  counter++; // تعديل counter، وهو متغير عالمي
}

• تعديل كائن مُمرر:

function modifyObject(obj) {
  obj.name = "Modified"; // تعديل خاصية للكائن obj
}

• الطباعة إلى وحدة التحكم:

function printMessage(message) {
  console.log(message); // إجراء إدخال/إخراج
}

فوائد استخدام الدوال النقية

يوفر استخدام الدوال النقية العديد من المزايا، مما يجعلها أداة قوية في تطوير البرمجيات:

• سهولة الاختبار: نظرًا لأن الدوال النقية تعتمد فقط على مُدخلاتها ولا تحتوي على آثار جانبية، فمن السهل جدًا اختبارها. يمكنك ببساطة تمرير مجموعة من المُدخلات والتحقق من أن المُخرجات صحيحة.
• إمكانية إعادة الاستخدام: يمكن إعادة استخدام الدوال النقية في أي مكان في الكود الخاص بك، بغض النظر عن سياق الاستخدام. هذا لأنها لا تعتمد على أي شيء خارج نطاقها.
• سهولة الفهم: الدوال النقية بسيطة وسهلة الفهم. يمكنك بسهولة معرفة ما تفعله الدالة من خلال النظر إلى مُدخلاتها ومُخرجاتها.
• التحسين والتوازي (Concurrency): نظرًا لعدم وجود آثار جانبية، يمكن تحسين الدوال النقية بسهولة بواسطة المُترجمات (compilers). يمكن أيضًا تشغيل الدوال النقية بالتوازي (concurrently) بأمان، مما يحسن الأداء.
• إمكانية التنبؤ: نظرًا لأن الدوال النقية تُرجع دائمًا نفس القيمة لنفس المُدخلات، فمن السهل التنبؤ بسلوكها. هذا يجعل من السهل اكتشاف الأخطاء وتصحيحها.
• البرمجة الوظيفية: الدوال النقية هي حجر الزاوية في البرمجة الوظيفية. تساعد في بناء برامج أكثر تنظيمًا، ومرونة، وقابلة للصيانة.

أمثلة على الدوال النقية بلغات البرمجة المختلفة

دعنا نرى أمثلة على الدوال النقية بلغات برمجة مختلفة:

جافاسكريبت (JavaScript)

function add(x, y) {
  return x + y; // دالة نقية
}

function multiply(x, y) {
  return x * y; // دالة نقية
}

في هذه الأمثلة، تأخذ الدالتان مُدخلات وتُرجع قيمًا جديدة. لا توجد آثار جانبية، ولا تعتمد الدوال على أي متغيرات خارج نطاقها.

بايثون (Python)

def add(x, y):
  return x + y  # دالة نقية

def square(x):
  return x * x  # دالة نقية

توضح هذه الأمثلة أيضًا الدوال النقية في بايثون. كلتا الدالتين تعتمدان فقط على المُدخلات وترجع قيمة جديدة.

جافا (Java)

public class PureFunctions {

    public static int add(int x, int y) {
        return x + y; // دالة نقية
    }

    public static int multiply(int x, int y) {
        return x * y; // دالة نقية
    }
}

توفر جافا أيضًا دعمًا للدوال النقية. في الأمثلة أعلاه، تعتمد الدوال على المُدخلات فقط وترجع قيمة جديدة.

متى لا تستخدم الدوال النقية؟

على الرغم من أن الدوال النقية مفيدة للغاية، إلا أنها ليست دائمًا الحل الأمثل. في بعض الحالات، قد يكون من الضروري استخدام دوال غير نقية.

• التعامل مع المدخلات والمخرجات: إذا كنت بحاجة إلى التفاعل مع العالم الخارجي (مثل القراءة من ملف أو الكتابة إلى وحدة التحكم)، فستحتاج إلى استخدام دوال غير نقية.
• تعديل الحالة: في بعض الحالات، قد يكون من الضروري تعديل حالة البرنامج (مثل تحديث قاعدة بيانات). في هذه الحالات، ستحتاج إلى استخدام دوال غير نقية.
• الأداء: في بعض الحالات، قد تكون الدوال النقية أبطأ من الدوال غير النقية. على سبيل المثال، قد يكون من الأسرع تعديل كائن موجود بدلاً من إنشاء كائن جديد في كل مرة.

المفتاح هو الموازنة بين فوائد الدوال النقية (سهولة الاختبار، إعادة الاستخدام، إلخ) مع الحاجة إلى التفاعل مع العالم الخارجي أو تعديل الحالة. يجب استخدام الدوال النقية كلما أمكن ذلك، وتجنب الآثار الجانبية قدر الإمكان.

كيفية كتابة الدوال النقية

هناك بعض النصائح لمساعدتك في كتابة الدوال النقية:

• جعل جميع المُدخلات صريحة: لا تعتمد على أي متغيرات عالمية أو بيانات من خارج نطاق الدالة.
• لا تُعدل المُدخلات: إذا كنت بحاجة إلى تعديل قيمة مُدخل، فقم بإنشاء نسخة جديدة من تلك القيمة وقم بتعديلها.
• تجنب الآثار الجانبية: لا تقم بتعديل أي متغيرات خارج نطاق الدالة، ولا تقم بإجراء عمليات إدخال/إخراج.
• التركيز على الإخراج: ركز على ما يجب أن تُرجعه الدالة، وليس على ما يجب أن تفعله.

الدوال النقية والبرمجة الوظيفية

الدوال النقية هي أساس البرمجة الوظيفية. البرمجة الوظيفية هي نمط برمجة يركز على استخدام الدوال كقيم من الدرجة الأولى (first-class citizens) وتجنب الآثار الجانبية. تستخدم البرمجة الوظيفية الدوال النقية والعديد من المفاهيم الأخرى، مثل:

• الدوال عالية الترتيب (Higher-Order Functions): الدوال التي تأخذ دوال أخرى كمدخلات أو تُرجع دوال.
• الوظائف اللامعة (Lambda Functions): دوال مجهولة (anonymous) يتم تعريفها في مكان استخدامها.
• التقليل (Reduction): عملية تطبيق دالة على قائمة من القيم لتقليلها إلى قيمة واحدة.

تعتبر البرمجة الوظيفية أداة قوية لبناء برامج أكثر موثوقية، وسهولة في الصيانة، وإعادة الاستخدام. يوفر استخدام الدوال النقية في البرمجة الوظيفية العديد من المزايا، مثل سهولة الاختبار، وإمكانية التحسين، والتوازي.

أمثلة إضافية

دعنا نلقي نظرة على بعض الأمثلة الإضافية للدوال النقية وغير النقية:

دالة نقية:

function calculateArea(width, height) {
  return width * height; // دالة نقية
}

هذه الدالة تأخذ عرضًا وارتفاعًا كمدخلات وتُرجع مساحة المستطيل. تعتمد فقط على المُدخلات ولا تحتوي على آثار جانبية.

دالة غير نقية:

let taxRate = 0.1;

function calculateTotalPrice(price) {
  return price + (price * taxRate); // دالة غير نقية
}

تعتمد هذه الدالة على taxRate، وهو متغير عالمي. هذا يجعلها غير نقية.

دالة نقية (باستخدام نسخة من المدخل):

function incrementArray(arr) {
  const newArr = [...arr]; // إنشاء نسخة جديدة من المصفوفة
  for (let i = 0; i < newArr.length; i++) {
    newArr[i]++;
  }
  return newArr; // دالة نقية
}

في هذا المثال، على الرغم من أن الدالة تقوم بتعديل مُدخل (المصفوفة)، إلا أنها تقوم بإنشاء نسخة جديدة من المصفوفة وتعديلها. هذا يضمن أن الدالة لا تحتوي على آثار جانبية.